基于樹莓派的智能實驗室管理系統

馬馨雅

摘 要：在高校中，普遍存在著實驗室數目多，涉及的范圍廣等諸如此類的問題，從而帶來了管理上的困難。本文研究了基于樹莓派的智能實驗室管理系統，旨在幫助高校減輕在管理實驗室方面的煩惱。

關鍵詞：樹莓派；智能實驗室；管理系統

1 緒論

這幾年以來，“智能”二字出現在我們生活中的頻次愈來愈高。智能化的設備、系統，其根本原因是為了減輕人們的工作量，提高工作效率，為用戶提供便利。在高校中，普遍存在著這樣的問題——實驗室的數目多，涉及到的范圍廣[1]，管理起來較為繁瑣，并且教師們往往不會十分盡心盡力地去管理實驗室，而使用實驗室的學生們通常又不會自覺地、主動地留意到實驗室的管理問題。但是規范地管理實驗室能夠有效地避免一些問題，例如安全問題等。因此，實驗室的管理問題是一個急需解決的問題。

Raspberry PI，即樹莓派，這是一款基于Linux系統的，開放式的嵌入式系統[3]。本文試圖研究一套基于樹莓派的智能實驗室管理系統，在減少實驗室管理的人力成本的同時，提升實驗室管理的效率，實時監控并及時發現問題。并且，該系統能夠在發現問題的同時盡快給出合理的解決方案，以避免意外的發酵。

2 功能設計

2.1 理論設計

本文中所研究的基于樹莓派的智能實驗室管理系統，主要是由電閘控制模塊，云管理平臺以及圖像采集模塊這三個部分組成，右圖中所展示的是該系統的主要架構。該系統的主要功能是能夠監控實驗室中的用電情況，合理斷電，防止意外發生。

從圖上可以看到，在電閘控制模塊中，還涉及到了一個名為Arduino的硬件。這是一款基于AVR的微控制器的開源硬件[4]。本文中涉及到的樹莓派和Arduino都是開源的，因此該智能實驗室管理系統的設計成本相對較低，適合在各大高校中廣泛推廣使用。

從右圖我們可以清晰地看到，圖像采集和處理模塊由樹莓派、攝像頭和顯示器構成的。這個模塊主要負責采集圖像，并通過對所采集到的圖像的處理，來智能地判斷實驗室中是否還有人的存在。這樣一來，這個模塊就能夠起到代替管理員監控實驗室的狀態，降低了人力成本，又同時提高了效率。

電閘控制模塊則能夠根據圖像采集和處理模塊的判斷，即是否應該切斷電路，來控制實驗室的電閘的通斷情況。由于實驗室中，通常使用的電流較大，因此我們使用了交流接觸器作為電閘來控制電力的通與斷。接觸器自身則由固態繼電器控制，而固態繼電器又由Arduino控制。

云平臺集合了控制與管理功能，電閘的狀態由Arduino傳送到云平臺中。管理員能夠在移動端上輕松地通過云平臺來遠程監控實驗室的運作狀態，還能夠控制電閘的通斷。

2.2 云平臺設計

該系統準備采用PHP語言來開發云平臺的后端，采用ThinkPHP3.2框架，因為ThinkPHP是基于MVC模式的，提供了RestController，能夠提升API的開發速度，同時提升系統的穩定性。部分API如下表所示，數據采用JSON編碼。數據庫準備采用開源的MySQL。使用響應式布局以適配不同尺寸的移動端。

3 總結

為了解決目前在各大高校中存在的一些實驗室的管理層面上的問題，本文提出了一套基于樹莓派的智能實驗室管理系統。基于樹莓派的智能實驗室管理系統具有成本低，可靠性較高，執行性好等優點[5]。同時，該系統能夠在減少管理實驗室的人力成本的基礎上，有效地提高實驗室的管理效率，實時監控并發現實驗室中存在的問題，從而針對問題進行及時地處理，合理避免意外的發生。

參考文獻：

[1]茆玉辰，張宸烽，史洪瑋.基于LabVIEW的智慧實驗室的設計與實現[J].電腦知識與技術，2017，13（16）：46-48.

[2]陳永強，劉韜.基于樹莓派的高校開放實驗室電源管理系統設計[J].蘇州市職業大學學報，2016，27（3）：66-69.

[3]李龍棋，方美發，唐曉騰.樹莓派平臺下的實時監控系統開發[J].閩江學院學報，2014，35（5）：67-72.

[4]宋凱，姚嘉明，李靜，等.基于樹莓派的智能家居控制開關的研究[J].電子技術與軟件工程，2015（21）：140-141.

[5]霍昕澤.基于樹莓派的智能監控系統[J].現代工業經濟和信息化，2017，7（11）：105-106.